陈涛教授课题组在柔性生物燃料电池方面取得重要进展

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近日，我院陈涛教授课题组在柔性生物燃料电池方面取得重要进展，相关研究成果以Flexible and Stretchable Enzymatic Biofuel Cell with High Performance Enabled by Textile Electrodes and Polymer Hydrogel Electrolyte为题发表在国际纳米材料重要学术期刊《纳米快报》（Nano Letters）上。
    柔性可穿戴电子产品因其在便携显示、在线传感、人类健康管理等领域的潜在应用价值而备受关注，因此，发展与上述柔性电子具有良好匹配性的能量转换或储存器件至关重要。将化学能（如葡萄糖）转化为电能的生物燃料电池（BFC），清洁性高、生物相容性好，具有广泛的应用前景。传统的生物燃料电池通常使用液态电解质，电极材料的柔性和可拉伸有限，为实现高性能的柔性可拉伸生物燃料电池带来了巨大挑战。
    陈涛教授课题组致力于柔性生物燃料电池的研究，此次研发的生物燃料电池由石墨烯/碳纳米管/酶复合织物电极和含有葡萄糖的聚丙烯酰胺水凝胶电解质组装而成（图1）。织物电极中，从石墨烯层共价生长的碳纳米管阵列不仅可作为导电基底并用于固定酶分子，还可赋予酶与石墨烯电极之间高效的电荷交换及传输能力。因此，所发展的生物燃料电池可输出 0.65 V 的开路电压和 64.2 μW cm-2 的功率密度。

酶生物燃料电池

图1.  石墨烯/碳纳米管/酶复合织物生物电极与柔性可拉伸生物燃料电池的示意图

    得益于电极材料的织物状结构和高分子水凝胶电解质优异的柔性及可拉伸性，该生物燃料电池被弯曲至任意角度（0~180°）、甚至经400 次循环弯曲/释放后，其电化学性能几乎保持不变。该生物燃料电池在高达 60% 的拉伸应变下，其开路电压基本保持不变，功率密度可保持其原始值的 93.5%，表现出优异的柔性和可拉伸性能（图2）。该生物燃料电池的柔性和可拉伸性与生物组织具有良好的匹配性，例如神经组织（~20%）、血管（~30%）和皮肤（~50%），未来有望作为能源供应系统应用于体外/体内生物电子设备领域。

酶生物燃料电池

图2. 酶生物燃料电池的柔性和可拉伸性能

    我院博士研究生陈子林为第一作者，陈涛教授为通讯作者。该研究工作得到了国家自然科学基金、上海市教委等项目的资助。
    论文链接：https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.1c03621


    文章来源：同济大学
    陈涛，博士，同济大学化学科学与工程学院教授。分别于2006年、2009年获得郑州大学学士和硕士学位，2012年获得复旦大学博士学位，2012-2014年在美国凯斯西储大学（Case Western Reserve University）Liming Dai教授课题组做研究助理工作，2014年入选同济大学首批“基础学科高水平领航人才计划”加入同济大学化学科学与工程学院。2016年被评为“上海市高校特聘教授（东方学者）”；2016入选上海市青年拔尖人才计划；2017年入选上海市青年科技启明星计划。